实验10  LC正弦波振荡器

一、实验目的

1． 熟悉 LC 三点式振荡器的工作原理，了解电路元件对振荡频率的影响。

2． 掌握 LC 振荡器的调整和测试方法。

二、实验原理

1. 电路的组成

三点式振荡电路是最常用的振荡电路。它的基本结构是在晶体三极管或运算放大器的三个电极之间分别接入三个满足一定关系的电抗元件而组成的。由晶体三极管组成的三点式振荡电路的一般结构如图 1.10.1 所示。

图中，、和都是纯电抗元件，它们构成 LC 振荡电路。在谐振时，三个电抗中感抗必然等于容抗。即满足下列关系：

               

设振荡器的负载为纯电阻，其基本放大电路的输出与输入反相，相移 。为了满足振荡电路的相位平衡条件，反馈网络必须再相移 180o，使 。即反馈系数的表达式为

               

其中，、必须具有相同的符号。也就是说，、必须是同类电抗。根据式(1.10.1)有：

                

由此可知，必须是与 、性质相反的电抗。

根据上面的分析可知，由晶体三极管组成的三点式振荡电路的组成原则是：与发射极相连接的两个元件的电抗性质必须相同。与基极相连接的两个元件其电抗性质必须相反。这一组成原则可简单地概括为“射同基反”的原则。

在三点式振荡电路中，若性质相同的两个元件为电感，构成的振荡电路称为电感三点式振荡电路。若性质相同的两个元件为电容，构成的振荡电路称为电容三点式振荡电路。

２. 振荡频率

基本的电感三点式振荡电路的振荡频率为：

          

其中，Ｌ1、Ｌ2 分别为两个电感元件的电感量，Ｍ 为 Ｌ1 和Ｌ2 之间的互感。Ｌ 为串联电感Ｌ1 和Ｌ2 的等效电感量。Ｃ 为电容元件的电容量。

基本的电容三点式振荡电路的振荡频率为：

         

其中，Ｃ 为串联电容Ｃ１ 和Ｃ２ 的等效电容量。

３. 振荡的建立和稳定

振荡电路起振的条件为

                          

其中， 为振荡电路中基本放大器的放大倍数， 为反馈网络的反馈系数。在振荡建立过程中，依靠晶体管的非线性使振荡器从 ＡＦ > 1 的起始状态过渡到ＡＦ = 1 的平衡状态，从而使电路维持稳定的等幅振荡。

对由晶体管组成的基本电感三点式振荡电路而言，保证电路起振的最小 β 值为

                      

对由晶体管组成的基本电容三点式振荡电路而言，保证电路起振的最小 β 值为

                      

4. 实验电路介绍

本实验所采用电路如图 1.10.2 所示。

该电路是一个收音机的中波振荡电路。其中，振荡电容 Ｃ3 选用收音机的双连可变电容器中的一联，其容量从 7 pF 到 270 pF 连续可调。振荡电路的电感Ｌ1 和Ｌ2 及输出耦合电感  Ｌ3 选用收音机中波振荡线圈 LTF-1-1 或中频变压器 TTF-2 。电容Ｃ4  在收音机中称为垫整电容，它是专门为了扩展振荡电路低端的振荡频率、从而扩大振荡器的频率覆盖系数而设置的。如果不计电路中的分布电容，则Ｃ3 和Ｃ4 是串联的。当Ｃ3 调到最大值 270 pF (对应于该振荡电路的最低端频率) 时，Ｃ3 和Ｃ4 串联后使振荡电路的电容量最大，约为 142 pF。这个值比没有串联 Ｃ4 时 Ｃ3 的值几乎减小了一半。因此电容Ｃ4 使该电路的最低振荡频率降低。但当Ｃ 3 调到最小值 7 pF (对应于该振荡电路的最高频率) 时，Ｃ3 和Ｃ4 串联后使振荡电路的电容量仍旧约为 7 pF ，与未串入Ｃ4 时几乎一样。因此，电容 Ｃ4 对该振荡电路的高端振荡频率影响不大。

对图 1.10.2 所示的收音机振荡电路而言，可以通过检测管子在静态和动态时管子的基射

极之间的电压Ｖbe 来判断电路是否起振。这是因为，在振荡电路起振时，由于高频电压在振荡管发射结上的检波作用，将在发射结上产生自激偏压。该偏压的极性与原电路加给发射结的正向偏压Ｖbe 相反。因此，变频管的Ｖbe 值与电路是否起振有关。对该实验电路而言，不起振时的直流电压 Ｖbe 在 0.6-0.7 V 之间，起振时的电压Ｖbe 都小于原来的数值，甚至趋近于零。起振时测得的Ｖbe 比没起振时的Ｖbe 小得越多，说明该电路振荡越强。具体实验时，可先用一根导线将振荡电路短路，使振荡器停振，测出此时的Ｖbe 。然后，将导线拆除，再测出此时的Ｖbe 。将两种情况下测得的Ｖbe 进行比较，即可确定该电路是否起振。在检修收音机时，常用这种方法判断收音机的振荡电路是否起振

。

三、实验内容与步骤

1. 熟悉实验电路，对照图 1.10.2 的实验电路检查实验室提供的电路板。确认无误后，接通电源。

2. 调节ＲW ，使管子的集电极电流 Ｉc = 0.2~0.4 mA ，这时电路工作在甲乙类状态。

3. 判断电路的起振情况。

(1) 用示波器在Ｒ4 两端观察输出波形，从而判断电路是否起振。

(2) 利用本实验原理部分中介绍的测量直流电压Ｖbe 的方法，判断电路是否起振。

4. 调节ＲW ，用示波器观察输出波形的变化情况。

5. 用数字频率计或示波器测量该电路的最高振荡频率Ｆmax 和最低振荡频率 Ｆmin 。求出频率覆盖系数。

6. 将垫整电容Ｃ4 短路，重复第5 步的内容。

四、实验仪器及设备

1． 示波器                            1 台

2． 数字频率计                    1 台

3． 万用表                            1 块

4． 直流稳压电源                   1 台

5． 实验电路板                    1 套

五、实验报告要求

1. 记录并整理电路起振时和停振时的 Ｖbe 值，将这种方法与示波器判断的结果进行比较。

2. 记录并整理电容短路前后电路的最高振荡频率和最低振荡频率。比较两种情况下的频率覆盖系数。说明电容的作用。